典型表殼類銑削零件在CAXA數控加工的應用

（東莞市機電工程學校，廣東 東莞 523846）

典型表殼類銑削零件在CAXA數控加工的應用

李志強

（東莞市機電工程學校，廣東 東莞 523846）

表殼類零件在當前的生產中十分常見，這一類零件具有壁薄、孔深、加工余量大、內腔結構復雜等諸多的特點，在生產加工中存在著工藝上的難點，對尺寸的精度和變形控制要求較高。本文著重分析表殼零件加工的工藝特點及難點，充分考慮工藝問題對零件加工質量的影響，并基于CAXA制造工程來發揮數控加工精度高及生產效率高的特點，實現優質高效的數控加工。

表殼類零件；數控加工工藝；CAXA制造工程師；模擬仿真

隨著數控技術的普及，數控加工技術在機械制造領域應用越來越廣泛，制造加工的工藝要求也越來越高，傳統的手工編程在2D的平面圖零件下效率低，容易出錯，而且無法發揮數控機床的功能，局限于對普通、簡單零件的加工，如直線、平面、回轉體等。而CAXA制造工程師是近年來在制造業領域應用極為廣泛的應用軟件，集CAD/CAM技術于一體，為機械制造提供造型設計、刀軌生成、仿真加工、生成程序、后置處理等多項功能解決方案，其零件的生成工藝流程如下：

零件信息——CAD系統造型——CAM生成道具軌跡——軌跡仿真——生成加工代碼——數控機床——零件。

1 表殼零件加工工藝特點分析

1.1 零件的工藝性分析

圖1 典型表殼類零件圖例

圖1所示為典型表殼類零件，其結構復雜，對生產工藝的精度要求十分高，而且零件重量輕、結構緊湊、剛性差、強度弱，而且由于壁厚較薄，銑削過程中又需要夾具加緊，本身穩固性差，容易在切削力下發生變形；除此之外，切削過程也會產生大量的熱，發生受熱變形。

表殼類零件加工精度的影響因素主要有以下幾個方面：（1）零件材料影響；（2）切削力和切削熱影響；（3）加工路徑影響；（4）參與應力影響；（5）裝夾因素影響。

1.2 典型表殼零件的結構分析

表殼類零件品種雖然很多，但典型表殼零件的布局有著相似性，形狀結構差異不大，主要由型腔、凹槽、凸臺、孔等特點構成；底面有型腔、腔內薄壁凸臺、小方柱；正面有凸臺、圓槽。CAXA制造工程師提供了豐富的工藝控制參數，具有通用后置處理功能，提供了參數化軌跡編輯和軌跡批處理，而且有模擬仿真，全面支持多種主流機床控制系統等，因此在加工表殼類零件時也有著獨特優勢。

1.3 零件材料和裝夾分析

根據零件圖的技術要求設置毛坯尺寸，零件的毛坯尺寸確定中，因表殼類零件加工余量大，因此在粗、精加工時要留有一定的加工余量。確定毛坯材料為45#鋼，毛坯尺寸為120mm×80mm×30mm。

本零件需要兩次裝夾，第一次裝夾以毛坯外表面定位，采取平口虎鉗進行裝夾，包括銑削零件的底面、腔內凸臺、孔等。第二次裝夾時以加工好的底面及外輪廓的對邊進行定位，包括表面、凸臺、凹槽。

1.4 零件加工工序的制定

表殼類零件的加工工藝的重點在于對其加工的變形規律的掌握，防止變形。加工工序一般是先粗后精、先面后孔、基面先行。粗、精加工之間可安排一次或數次半精加工，消除切削力、夾緊力產生的應力，避免發生變形，保持尺寸精度。

典型表殼類零件的加工流程如下：銑底面——銑外輪廓——銑型腔——銑凹槽——沉孔——鉆孔——銑方凸臺槽——銑倒角——掉頭銑上表面——銑外輪廓——銑大凸臺輪廓——銑圓凸臺——銑圓槽——銑倒圓角。

1.5 刀具及其參數的選擇

刀具在機械加工發揮著非常重要作用，切削力大小、振動強弱、切削熱的產生會影響機床的加工效率和加工質量。刀具選擇的影響因素有很多，同時刀具的幾何參數以及形狀的選擇要結合表殼類零件的加工的精度要求以及零件本身的形狀輪廓的尺寸和加工切削中的相關參數因素。加工凸形表面時，粗加工和精加工宜用圓角立銑刀，凹形表面時，粗加工用平端立銑刀，精加工用球頭刀。

同時也要注重切削參數選擇原則，切削用量不僅是在機床調整前必須確定的重要參數，而且其數值合理與否對加工質量、加工效率、生產成本等有著非常重要的影響。刀具選用如表1。

表1 零件加工時刀具的選用

2 CAXA在表殼零件數控加工中的應用

2.1 生成刀具路徑軌跡

銑削路徑是影響加工零件變形的重要因素之一，表殼類零件加工會存在變形的嚴重問題，因此合理的設置刀具路徑，避免在切削加工時刀具位置和切削速度的異常，需要遵循以下原則。

首先，為了獲得較高的表面質量，最終步驟安排一次連續走刀；其次，刀具的路徑盡可能短，以此來提高加工效率；第三，不要頻繁的換刀，避免表面被刀具劃傷，造成刀痕殘留；第四，在精加工之前，應該留有加工余量；第五，盡量簡化數學處理的數值計算工作量，提高加工效率。

表殼類零件外形比較復雜，通常利用CAXA進行軌跡生成，在“軌跡管理→加工→常用加工”下輸入相關的參數，得到刀具的路徑，圖2是本文中圖的數控加工刀具軌跡。

圖2 零件的CAXA數控加工刀具軌跡

2.2 CAXA數控加工模擬仿真

表殼零件的數控加工工藝設置好后，通過CAM功生成刀具路徑，就可以通過后置處理得到數控加工程序同時進行路徑模擬仿真加工，驗證刀位數據的正確性刀具各部位是否和零件發生干涉、刀具與夾具附件是發生碰撞，確保產品質量和操作安全，保證加工中的件質量（圖3）。

圖3 CAXA數控加工實體仿真

3 結語

隨著數控加工行業技術水平的提高，零件的需求不斷的多樣化，對零件的加工工藝的要求也越來越高要充分利用CADCAM軟件進行工藝分析，如CAXA MasterCAM、UG等，實現優質高效的數控加工，提高件的加工質量。

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